KVM: s390: vsie: support guest-storage-limit-suppression

We can easily forward guest-storage-limit-suppression if available.

One thing to care about is keeping the prefix properly mapped when
gsls in toggled on/off or the mso changes in between. Therefore we better
remap the prefix on any mso changes just like we already do with the
prefix.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: support guest-PER-enhancement

We can easily forward the guest-PER-enhancement facility to guest 2 if
available.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: support shared IPTE-interlock facility

As we forward the whole SCA provided by guest 2, we can directly forward
SIIF if available.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: support 64-bit-SCAO

Let's provide the 64-bit-SCAO facility to guest 2, so he can set up a SCA
for guest 3 that has a 64 bit address. Please note that we already require
the 64 bit SCAO for our vsie implementation, in order to forward the SCA
directly (by pinning the page).

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: support run-time-instrumentation

As soon as guest 2 is allowed to use run-time-instrumentation (indicated
via via STFLE), it can also enable it for guest 3.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: support vectory facility (SIMD)

As soon as guest 2 is allowed to use the vector facility (indicated via
STFLE), it can also enable it for guest 3. We have to take care of the
sattellite block that might be used when not relying on lazy vector
copying (not the case for KVM).

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KVM: s390: vsie: support transactional execution

As soon as guest 2 is allowed to use transactional execution (indicated via
STFLE), he can also enable it for guest 3.

Active transactional execution requires also the second prefix page to be
mapped. If that page cannot be mapped, a validity icpt has to be presented
to the guest.

We have to take care of tx being toggled on/off, otherwise we might get
wrong prefix validity icpt.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: support aes dea wrapping keys

As soon as message-security-assist extension 3 is enabled for guest 2,
we have to allow key wrapping for guest 3.

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Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: support STFLE interpretation

Issuing STFLE is extremely rare. Instead of copying 2k on every
VSIE call, let's do this lazily, when a guest 3 tries to execute
STFLE. We can setup the block and retry.

Unfortunately, we can't directly forward that facility list, as
we only have a 31 bit address for the facility list designation.
So let's use a DMA allocation for our vsie_page instead for now.

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Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: support host-protection-interruption

Introduced with ESOP, therefore available for the guest if it
is allowed to use ESOP.

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Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: support edat1 / edat2

If guest 2 is allowed to use edat 1 / edat 2, it can also set it up for
guest 3, so let's properly check and forward the edat cpuflags.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: support setting the ibc

As soon as we forward an ibc to guest 2 (indicated via
kvm->arch.model.ibc), he can also use it for guest 3. Let's properly round
the ibc up/down, so we avoid any potential validity icpts from the
underlying SIE, if it doesn't simply round the values.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: optimize gmap prefix mapping

In order to not always map the prefix, we have to take care of certain
aspects that implicitly unmap the prefix:
- Changes to the prefix address
- Changes to MSO, because the HVA of the prefix is changed
- Changes of the gmap shadow (e.g. unshadowed, asce or edat changes)

By properly handling these cases, we can stop remapping the prefix when
there is no reason to do so.

This also allows us now to not acquire any gmap shadow locks when
rerunning the vsie and still having a valid gmap shadow.

Please note, to detect changing gmap shadows, we have to keep the reference
of the gmap shadow. The address of a gmap shadow does otherwise not
reliably indicate if the gmap shadow has changed (the memory chunk
could get reused).

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: initial support for nested virtualization

This patch adds basic support for nested virtualization on s390x, called
VSIE (virtual SIE) and allows it to be used by the guest if the necessary
facilities are supported by the hardware and enabled for the guest.

In order to make this work, we have to shadow the sie control block
provided by guest 2. In order to gain some performance, we have to
reuse the same shadow blocks as good as possible. For now, we allow
as many shadow blocks as we have VCPUs (that way, every VCPU can run the
VSIE concurrently).

We have to watch out for the prefix getting unmapped out of our shadow
gmap and properly get the VCPU out of VSIE in that case, to fault the
prefix pages back in. We use the PROG_REQUEST bit for that purpose.

This patch is based on an initial prototype by Tobias Elpelt.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

mm/page_ref: introduce page_ref_inc_return

Let's introduce that helper.

Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Acked-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390: introduce page_to_virt() and pfn_to_virt()

Acked-by: Heiko Carstens <heiko.carstens@de.ibm.com>
Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: backup the currently enabled gmap when scheduled out

Nested virtualization will have to enable own gmaps. Current code
would enable the wrong gmap whenever scheduled out and back in,
therefore resulting in the wrong gmap being enabled.

This patch reenables the last enabled gmap, therefore avoiding having to
touch vcpu->arch.gmap when enabling a different gmap.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: fast path for shadow gmaps in gmap notifier

The default kvm gmap notifier doesn't have to handle shadow gmaps.
So let's just directly exit in case we get notified about one.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: don't fault everything in read-write in gmap_pte_op_fixup()

Let's not fault in everything in read-write but limit it to read-only
where possible.

When restricting access rights, we already have the required protection
level in our hands. When reading from guest 2 storage (gmap_read_table),
it is obviously PROT_READ. When shadowing a pte, the required protection
level is given via the guest 2 provided pte.

Based on an initial patch by Martin Schwidefsky.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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s390/mm: allow to check if a gmap shadow is valid

It will be very helpful to have a mechanism to check without any locks
if a given gmap shadow is still valid and matches the given properties.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: remember the int code for the last gmap fault

For nested virtualization, we want to know if we are handling a protection
exception, because these can directly be forwarded to the guest without
additional checks.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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s390/mm: limit number of real-space gmap shadows

We have no known user of real-space designation and only support it to
be architecture compliant.

Gmap shadows with real-space designation are never unshadowed
automatically, as there is nothing to protect for the top level table.

So let's simply limit the number of such shadows to one by removing
existing ones on creation of another one.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: support real-space for gmap shadows

We can easily support real-space designation just like EDAT1 and EDAT2.
So guest2 can provide for guest3 an asce with the real-space control being
set.

We simply have to allocate the biggest page table possible and fake all
levels.

There is no protection to consider. If we exceed guest memory, vsie code
will inject an addressing exception (via program intercept). In the future,
we could limit the fake table level to the gmap page table.

As the top level page table can never go away, such gmap shadows will never
get unshadowed, we'll have to come up with another way to limit the number
of kept gmap shadows.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: push rte protection down to shadow pte

Just like we already do with ste protection, let's take rte protection
into account. This way, the host pte doesn't have to be mapped writable.

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s390/mm: support EDAT2 for gmap shadows

If the guest is enabled for EDAT2, we can easily create shadows for
guest2 -> guest3 provided tables that make use of EDAT2.

If guest2 references a 2GB page, this memory looks consecutive for guest2,
but it does not have to be so for us. Therefore we have to create fake
segment and page tables.

This works just like EDAT1 support, so page tables are removed when the
parent table (r3t table entry) is changed.

We don't hve to care about:
- ACCF-Validity Control in RTTE
- Access-Control Bits in RTTE
- Fetch-Protection Bit in RTTE
- Common-Region Bit in RTTE

Just like for EDAT1, all bits might be dropped and there is no guaranteed
that they are active.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: support EDAT1 for gmap shadows

If the guest is enabled for EDAT1, we can easily create shadows for
guest2 -> guest3 provided tables that make use of EDAT1.

If guest2 references a 1MB page, this memory looks consecutive for guest2,
but it might not be so for us. Therefore we have to create fake page tables.

We can easily add that to our existing infrastructure. The invalidation
mechanism will make sure that fake page tables are removed when the parent
table (sgt table entry) is changed.

As EDAT1 also introduced protection on all page table levels, we have to
also shadow these correctly.

We don't have to care about:
- ACCF-Validity Control in STE
- Access-Control Bits in STE
- Fetch-Protection Bit in STE
- Common-Segment Bit in STE

As all bits might be dropped and there is no guaranteed that they are
active ("unpredictable whether the CPU uses these bits", "may be used").
Without using EDAT1 in the shadow ourselfes (STE-format control == 0),
simply shadowing these bits would not be enough. They would be ignored.

Please note that we are using the "fake" flag to make this look consistent
with further changes (EDAT2, real-space designation support) and don't let
the shadow functions handle fc=1 stes.

In the future, with huge pages in the host, gmap_shadow_pgt() could simply
try to map a huge host page if "fake" is set to one and indicate via return
value that no lower fake tables / shadow ptes are required.

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s390/mm: prepare for EDAT1/EDAT2 support in gmap shadow

In preparation for EDAT1/EDAT2 support for gmap shadows, we have to store
the requested edat level in the gmap shadow.

The edat level used during shadow translation is a property of the gmap
shadow. Depending on that level, the gmap shadow will look differently for
the same guest tables. We have to store it internally in order to support
it later.

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s390/mm: push ste protection down to shadow pte

If a guest ste is read-only, it doesn't make sense to force the ptes in as
writable in the host. If the source page is read-only in the host, it won't
have to be made writable. Please note that if the source page is not
available, it will still be faulted in writable. This can be changed
internally later on.

If ste protection is removed, underlying shadow tables are also removed,
therefore this change does not affect the guest.

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s390/mm: take ipte_lock during shadow faults

Let's take the ipte_lock while working on guest 2 provided page table, just
like the other gaccess functions.

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s390/mm: protection exceptions are corrrectly shadowed

As gmap shadows contains correct protection permissions, protection
exceptons can directly be forwarded to guest 3. If we would encounter
a protection exception while faulting, the next guest 3 run will
automatically handle that for us.

Keep the dat_protection logic in place, as it will be helpful later.

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s390/mm: take the mmap_sem in kvm_s390_shadow_fault()

Instead of doing it in the caller, let's just take the mmap_sem
in kvm_s390_shadow_fault(). By taking it as read, we allow parallel
faulting on shadow page tables, gmap shadow code is prepared for that.

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s390/mm: fix races on gmap_shadow creation

Before any thread is allowed to use a gmap_shadow, it has to be fully
initialized. However, for invalidation to work properly, we have to
register the new gmap_shadow before we protect the parent gmap table.

Because locking is tricky, and we have to avoid duplicate gmaps, let's
introduce an initialized field, that signalizes other threads if that
gmap_shadow can already be used or if they have to retry.

Let's properly return errors using ERR_PTR() instead of simply returning
NULL, so a caller can properly react on the error.

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Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: avoid races on region/segment/page table shadowing

We have to unlock sg->guest_table_lock in order to call
gmap_protect_rmap(). If we sleep just before that call, another VCPU
might pick up that shadowed page table (while it is not protected yet)
and use it.

In order to avoid these races, we have to introduce a third state -
"origin set but still invalid" for an entry. This way, we can avoid
another thread already using the entry before the table is fully protected.
As soon as everything is set up, we can clear the invalid bit - if we
had no race with the unshadowing code.

Suggested-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: shadow pages with real guest requested protection

We really want to avoid manually handling protection for nested
virtualization. By shadowing pages with the protection the guest asked us
for, the SIE can handle most protection-related actions for us (e.g.
special handling for MVPG) and we can directly forward protection
exceptions to the guest.

PTEs will now always be shadowed with the correct _PAGE_PROTECT flag.
Unshadowing will take care of any guest changes to the parent PTE and
any host changes to the host PTE. If the host PTE doesn't have the
fitting access rights or is not available, we have to fix it up.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: flush tlb of shadows in all situations

For now, the tlb of shadow gmap is only flushed when the parent is removed,
not when it is removed upfront. Therefore other shadow gmaps can reuse the
tables without the tlb getting flushed.

Fix this by simply flushing the tlb
1. Before the shadow tables are removed (analogouos to other unshadow functions)
2. When the gmap is freed and therefore the top level pages are freed.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add kvm shadow fault function

This patch introduces function kvm_s390_shadow_fault() used to resolve a
fault on a shadow gmap. This function will do validity checking and
build up the shadow page table hierarchy in order to fault in the
requested page into the shadow page table structure.

If an exception occurs while shadowing, guest 2 has to be notified about
it using either an exception or a program interrupt intercept. If
concurrent unshadowing occurres, this function will simply return with
-EAGAIN and the caller has to retry.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add shadow gmap support

For a nested KVM guest the outer KVM host needs to create shadow
page tables for the nested guest. This patch adds the basic support
to the guest address space (gmap) code.

For each guest address space the inner KVM host creates, the first
outer KVM host needs to create shadow page tables. The address space
is identified by the ASCE loaded into the control register 1 at the
time the inner SIE instruction for the second nested KVM guest is
executed. The outer KVM host creates the shadow tables starting with
the table identified by the ASCE on a on-demand basis. The outer KVM
host will get repeated faults for all the shadow tables needed to
run the second KVM guest.

While a shadow page table for the second KVM guest is active the access
to the origin region, segment and page tables needs to be restricted
for the first KVM guest. For region and segment and page tables the first
KVM guest may read the memory, but write attempt has to lead to an
unshadow.  This is done using the page invalid and read-only bits in the
page table of the first KVM guest. If the first guest re-accesses one of
the origin pages of a shadow, it gets a fault and the affected parts of
the shadow page table hierarchy needs to be removed again.

PGSTE tables don't have to be shadowed, as all interpretation assist can't
deal with the invalid bits in the shadow pte being set differently than
the original ones provided by the first KVM guest.

Many bug fixes and improvements by David Hildenbrand.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add reference counter to gmap structure

Let's use a reference counter mechanism to control the lifetime of
gmap structures. This will be needed for further changes related to
gmap shadows.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: extended gmap pte notifier

The current gmap pte notifier forces a pte into to a read-write state.
If the pte is invalidated the gmap notifier is called to inform KVM
that the mapping will go away.

Extend this approach to allow read-write, read-only and no-access
as possible target states and call the pte notifier for any change
to the pte.

This mechanism is used to temporarily set specific access rights for
a pte without doing the heavy work of a true mprotect call.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: use RCU for gmap notifier list and the per-mm gmap list

The gmap notifier list and the gmap list in the mm_struct change rarely.
Use RCU to optimize the reader of these lists.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/kvm: page table invalidation notifier

Pass an address range to the page table invalidation notifier
for KVM. This allows to notify changes that affect a larger
virtual memory area, e.g. for 1MB pages.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

kvm: vmx: hook preemption timer support

Hook the VMX preemption timer to the "hv timer" functionality added
by the previous patch.  This includes: checking if the feature is
supported, if the feature is broken on the CPU, the hooks to
setup/clean the VMX preemption timer, arming the timer on vmentry
and handling the vmexit.

A module parameter states if the VMX preemption timer should be
utilized.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
[Move hv_deadline_tsc to struct vcpu_vmx, use -1 as the "unset" value.
 Put all VMX bits here.  Enable it by default #yolo. - Paolo]
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: vmx: rename vmx_pre/post_block to pi_pre/post_block

Prepare to switch from preemption timer to hrtimer in the
vmx_pre/post_block. Current functions are only for posted interrupt,
rename them accordingly.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: support using the vmx preemption timer for tsc deadline timer

The VMX preemption timer can be used to virtualize the TSC deadline timer.
The VMX preemption timer is armed when the vCPU is running, and a VMExit
will happen if the virtual TSC deadline timer expires.

When the vCPU thread is blocked because of HLT, KVM will switch to use
an hrtimer, and then go back to the VMX preemption timer when the vCPU
thread is unblocked.

This solution avoids the complex OS's hrtimer system, and the host
timer interrupt handling cost, replacing them with a little math
(for guest->host TSC and host TSC->preemption timer conversion)
and a cheaper VMexit.  This benefits latency for isolated pCPUs.

[A word about performance... Yunhong reported a 30% reduction in average
 latency from cyclictest.  I made a similar test with tscdeadline_latency
 from kvm-unit-tests, and measured

 - ~20 clock cycles loss (out of ~3200, so less than 1% but still
   statistically significant) in the worst case where the test halts
   just after programming the TSC deadline timer

 - ~800 clock cycles gain (25% reduction in latency) in the best case
   where the test busy waits.

 I removed the VMX bits from Yunhong's patch, to concentrate them in the
 next patch - Paolo]

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: lapic: separate start_sw_tscdeadline from start_apic_timer

The function to start the tsc deadline timer virtualization will be used
also by the pre_block hook when we use the preemption timer; change it
to a separate function. No logic changes.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: s390: use kvm->created_vcpus

The new created_vcpus field avoids possible races between enabling
capabilities and creating VCPUs.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: remove kvm_vcpu_compatible

The new created_vcpus field makes it possible to avoid the race between
irqchip and VCPU creation in a much nicer way; just check under kvm->lock
whether a VCPU has already been created.

We can then remove KVM_APIC_ARCHITECTURE too, because at this point the
symbol is only governing the default definition of kvm_vcpu_compatible.

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: introduce kvm->created_vcpus

The race between creating the irqchip and the first VCPU is
currently fixed by checking the presence of an irqchip before
updating kvm->online_vcpus, and undoing the whole VCPU creation
if someone created the irqchip in the meanwhile.

Instead, introduce a new field in struct kvm that will count VCPUs
under a mutex, without the atomic access and memory ordering that we
need elsewhere to protect the vcpus array.  This also plugs the race
and is more easily applicable in all similar circumstances.

Reviewed-by: Cornelia Huck <cornelia.huck@de.ibm.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

x86/kvm/svm: Simplify cpu_has_svm()

Use already cached CPUID information instead of querying CPUID again.

No functionality change.

Signed-off-by: Borislav Petkov <bp@suse.de>
Cc: Joerg Roedel <joro@8bytes.org>
Cc: kvm@vger.kernel.org
Cc: x86@kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Use mipsregs.h defs for config registers

Convert MIPS KVM guest register state initialisation to use the standard
<asm/mipsregs.h> register field definitions for Config registers, and
drop the custom definitions in kvm_host.h which it was using before.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Report more accurate CP0_Config fields to guest

Initialise the guest's CP0_Config register with a few more bits of
information from the host. The BE bit should be set on big endian
machines, the VI bit should be set on machines with a virtually tagged
instruction cache, and the reported architecture revision should match
that of the host (since we won't support emulating pre-r6 instruction
encodings on r6 or vice versa).

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: Add define for Config.VI (virtual icache) bit

The Config.VI bit specifies that the instruction cache is virtually
tagged, which is checked in c-r4k.c's probe_pcache(). Add a proper
definition for it in mipsregs.h and make use of it.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Use host CCA for TLB mappings

KVM TLB mappings for the guest were being created with a cache coherency
attribute (CCA) of 3, which is cached incoherent. Create them instead
with the default host CCA, which should be the correct one for coherency
on SMP systems.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Move commpage so 0x0 is unmapped

The comm page which is mapped into the guest kernel address space at
0x0 has the unfortunate side effect of allowing guest kernel NULL
pointer dereferences to succeed. The only constraint on this address is
that it must be within 32KiB of 0x0, so that single lw/sw instructions
(which have 16-bit signed offset fields) can be used to access it, using
the zero register as a base.

So lets move the comm page as high as possible within that constraint so
that 0x0 can be left unmapped, at least for page sizes < 32KiB.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
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Cc: kvm@vger.kernel.org
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MIPS: KVM: Add KScratch registers

Allow up to 6 KVM guest KScratch registers to be enabled and accessed
via the KVM guest register API and from the guest itself (the fallback
reading and writing of commpage registers is sufficient for KScratch
registers to work as expected).

User mode can expose the registers by setting the appropriate bits of
the guest Config4.KScrExist field. KScratch registers that aren't usable
won't be writeable via the KVM Ioctl API.

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MIPS: KVM: Emulate RDHWR CPUNum register

Actually provide the VCPU number when emulating the RDHWR CPUNum
register, so that it will match the CPUNum field of CP0_EBase register,
rather than always returning 0.

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MIPS: KVM: Allow ULRI to restrict UserLocal register

The ULRI bit in Config3 specifies whether the UserLocal register is
implemented, but it is assumed to always be set. Now that the Config
registers can be modified by userland, allow Config3.ULRI to be cleared
and check ULRI before allowing the corresponding bit to be set in
HWREna.

In fact any HWREna bits corresponding to unimplemented RDHWR registers
should read as zero and be ignored on write, so we actually prevent
other unimplemented bits being set too.

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MIPS: KVM: Don't hardcode restored HWREna

KVM modifies CP0_HWREna during guest execution so it can trap and
emulate RDHWR instructions, however it always restores the hardcoded
value 0x2000000F. This assumes the presence of the UserLocal register,
and the absence of any implementation dependent or future HW registers.

Fix by exporting the value that traps.c write into CP0_HWREna, and
loading from there instead of hard coding.

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MIPS: Clean up RDHWR handling

No preprocessor definitions are used in the handling of the registers
accessible with the RDHWR instruction, nor the corresponding bits in the
CP0 HWREna register.

Add definitions for both the register numbers (MIPS_HWR_*) and HWREna
bits (MIPS_HWRENA_*) in asm/mipsregs.h and make use of them in the
initialisation of HWREna and emulation of the RDHWR instruction.

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MIPS: KVM: List FPU/MSA registers

Make KVM_GET_REG_LIST list FPU & MSA registers. Specifically we list all
32 vector registers when MSA can be enabled, 32 single-precision FP
registers when FPU can be enabled, and either 16 or 32 double-precision
FP registers when FPU can be enabled depending on whether FR mode is
supported (which provides 32 doubles instead of 16 even doubles).

Note, these registers may still be inaccessible depending on the current
FP mode of the guest.

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MIPS: KVM: Use raw_cpu_has_fpu in kvm_mips_guest_can_have_fpu()

We need to use kvm_mips_guest_can_have_fpu() when deciding which
registers to list with KVM_GET_REG_LIST, however it causes warnings with
preemption since it uses cpu_has_fpu. KVM is only really supported on
CPUs which have symmetric FPUs, so switch to raw_cpu_has_fpu to avoid
the warning.

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MIPS: KVM: Make KVM_GET_REG_LIST dynamic

Make the implementation of KVM_GET_REG_LIST more dynamic so that only
the subset of registers actually available can be exposed to user mode.
This is important for VZ where some of the guest register state may not
be possible to prevent the guest from accessing, therefore the user
process may need to be aware of the state even if it doesn't understand
what the state is for.

This also allows different MIPS KVM implementations to provide different
registers to one another, by way of new num_regs(vcpu) and
copy_reg_indices(vcpu, indices) callback functions, currently just
stubbed for trap & emulate.

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MIPS: KVM: Pass all unknown registers to callbacks

Pass all unrecognised register IDs through to the set_one_reg() and
get_one_reg() callbacks, not just select ones. This allows
implementation specific registers to be more easily added without having
to modify arch/mips/kvm/mips.c.

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MIPS: KVM: Convert emulation to use asm/inst.h

Convert various MIPS KVM guest instruction emulation functions to decode
instructions (and encode translations) using the union mips_instruction
and related enumerations in asm/inst.h rather than #defines and
hardcoded values.

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Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
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Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Factor writing of translated guest instructions

The code in kvm_mips_dyntrans.c to write a translated guest instruction
to guest memory depending on the segment is duplicated between each of
the functions. Additionally the cache op translation functions assume
the instruction is in the KSEG0/1 segment rather than KSEG2/3, which is
generally true but isn't guaranteed.

Factor that code into a new kvm_mips_trans_replace() which handles both
KSEG0/1 and KSEG2/3.

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MIPS: KVM: Fix translation of MFC0 ErrCtl

The MIPS KVM dynamic translation is meant to translate "MFC0 rt, ErrCtl"
instructions into "ADD rt, zero, zero" to zero the destination register,
however the rt register number was copied into rt of the ADD instruction
encoding, which is the 2nd source operand. This results in "ADD zero,
zero, rt" which is a no-op, so only the first execution of each such
MFC0 from ErrCtl will actually read 0.

Fix the shift to put the rt from the MFC0 encoding into the rd field of
the ADD.

Fixes: 50c8308538dc ("KVM/MIPS32: Binary patching of select privileged instructions.")
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Merge tag 'kvm-s390-next-4.8-1' of git://git./linux/kernel/git/kvms390/linux into HEAD

KVM: s390: Features and fixes for 4.8 part1

Four bigger things:
1. The implementation of the STHYI opcode in the kernel. This is used
   in libraries like qclib [1] to provide enough information for a
   capacity and usage based software licence pricing. The STHYI content
   is defined by the related z/VM documentation [2]. Its data can be
   composed by accessing several other interfaces provided by LPAR or
   the machine. This information is partially sensitive or root-only
   so the kernel does the necessary filtering.
2. Preparation for nested virtualization (VSIE). KVM should query the
   proper sclp interfaces for the availability of some features before
   using it. In the past we have been sloppy and simply assumed that
   several features are available. With this we should be able to handle
   most cases of a missing feature.
3. CPU model interfaces extended by some additional features that are
   not covered by a facility bit in STFLE. For example all the crypto
   instructions of the coprocessor provide a query function. As reality
   tends to be more complex (e.g. export regulations might block some
   algorithms) we have to provide additional interfaces to query or
   set these non-stfle features.
4. Several fixes and changes detected and fixed when doing 1-3.

All features change base s390 code. All relevant patches have an ACK
from the s390 or component maintainers.

The next pull request for 4.8 (part2) will contain the implementation
of VSIE.

[1] http://www.ibm.com/developerworks/linux/linux390/qclib.html
[2] https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/SSB27U_6.3.0/com.ibm.zvm.v630.hcpb4/hcpb4sth.htm

KVM: x86: Fix typos

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KVM: S390: Fix typo

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KVM: ARM64: Fix typos

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KVM: ARM: Fix typos

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MIPS: KVM: Print unknown load/store encodings

When trying to emulate an unrecognised load or store instruction, print
the encoding to aid debug.

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MIPS: KVM: Dump guest tlbs if kvm_get_inst() fails

If kvm_get_inst() fails to find a guest TLB mapping for the guest PC
then dump the guest TLB entries. The contents of the guest TLB is likely
to be more interesting than the host TLB entries.

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MIPS: KVM: Trace guest register access emulation

Trace emulation of guest access to various registers via
MFC0/MTC0/DMFC0/DMTC0 instructions (coprocessor 0) and the RDHWR
instruction (hardware registers exposed to userland), replacing some
existing kvm_debug calls. Trace events are much more practical for this
kind of debug output.

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MIPS: KVM: Add guest mode switch trace events

Add a few trace events for entering and coming out of guest mode, as well
as re-entering it from a guest exit exception.

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MIPS: KVM: Add kvm_asid_change trace event

Add a trace event for guest ASID changes, replacing the existing
kvm_debug call.

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MIPS: KVM: Clean up kvm_exit trace event

Clean up the MIPS kvm_exit trace event so that the exit reasons are
specified in a trace friendly way (via __print_symbolic), and so that
the exit reasons that derive straight from Cause.ExcCode values map
directly, allowing a single trace_kvm_exit() call to replace a bunch of
individual ones.

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MIPS: KVM: Add kvm_aux trace event

Add a MIPS specific trace event for auxiliary context operations
(notably FPU and MSA). Unfortunately the generic kvm_fpu trace event
isn't flexible enough to handle the range of interesting things that can
happen with FPU and MSA context.

The type of state being operated on is traced:
- FPU: Just the FPU registers.
- MSA: Just the upper half of the MSA vector registers (low half already
       loaded with FPU state).
- FPU & MSA: Full MSA vector state (includes FPU state).

As is the type of operation:
- Restore: State was enabled and restored.
- Save: State was saved and disabled.
- Enable: State was enabled (already loaded).
- Disable: State was disabled (kept loaded).
- Discard: State was discarded and disabled.

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[Fix remaining occurrence of "fpu_msa", change to "aux". - Paolo]
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MIPS: KVM: Generalise fpu_inuse for other state

Rename fpu_inuse and the related definitions to aux_inuse so it can be
used for lazy context management of other auxiliary processor state too,
such as VZ guest timer, watchpoints and performance counters.

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MIPS: KVM: Use va in kvm_get_inst()

Like other functions, make use of a local unsigned long va, for the
virtual address of the PC. This reduces the amount of verbose casting of
the opc pointer to an unsigned long.

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MIPS: KVM: Combine handle_tlb_ld/st_miss

The handle_tlb_ld/st_miss handlers are logically equivalent and
textually almost identical, so combine their implementations into a
single kvm_trap_emul_handle_tlb_miss().

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MIPS: KVM: Use MIPS_ENTRYLO_* defs from mipsregs.h

Convert KVM to use the MIPS_ENTRYLO_* definitions from <asm/mipsregs.h>
rather than custom definitions in kvm_host.h

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MIPS: KVM: Simplify TLB_* macros

Simplify some of the TLB_ macros making use of the arrayification of
tlb_lo. Basically we index the array by the bit of the virtual address
which determines whether the even or odd entry is used, instead of
having a conditional.

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MIPS: KVM: Arrayify struct kvm_mips_tlb::tlb_lo*

The values of the EntryLo0 and EntryLo1 registers for a TLB entry are
stored in separate members of struct kvm_mips_tlb called tlb_lo0 and
tlb_lo1 respectively. To allow future code which needs to manipulate
arbitrary EntryLo data in the TLB entry to be simpler and less
conditional, replace these members with an array of two elements.

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MIPS: KVM: Use dump_tlb_all() for kvm_mips_dump_host_tlbs()

KVM implements its own routine for dumping the host TLB entries, but we
already have dump_tlb_all() which does something very similar (although
it only prints out TLB entries which match the current ASID or are
global).

Make KVM use dump_tlb_all() along with dump_tlb_regs() to avoid the
duplication and inevitable bitrot, allowing TLB dumping enhancements
(e.g. for VZ and GuestIDs) to be made in a single place.

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MIPS: KVM: Clean up TLB management hazards

KVM's host TLB handling routines were using tlbw hazard barrier macros
around tlb_read(). Now that hazard barrier macros exist for tlbr, update
this case to use them.

Also fix various other unnecessary hazard barriers in this code.

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MIPS: KVM: Restore host EBase from ebase variable

The host kernel's exception vector base address is currently saved in
the VCPU structure at creation time, and restored on a guest exit.
However it doesn't change and can already be easily accessed from the
'ebase' variable (arch/mips/kernel/traps.c), so drop the host_ebase
member of kvm_vcpu_arch, export the 'ebase' variable to modules and load
from there instead.

This does result in a single extra instruction (lui) on the guest exit
path, but simplifies the code a bit and removes the redundant storage of
the host exception base address.

Credit for the idea goes to Cavium's VZ KVM implementation.

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MIPS: KVM: Drop unused hpa0/hpa1 args from function

The function kvm_mips_handle_mapped_seg_tlb_fault() has two completely
unused pointer arguments, hpa0 and hpa1, for which all users always pass
NULL.

Drop these two arguments and update the callers.

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MIPS: KVM: Simplify even/odd TLB handling

When handling TLB faults in the guest KSeg0 region, a pair of physical
addresses are read from the guest physical address map. However that
process is rather convoluted with an if/then/else statement. Simplify it
to just clear the lowest bit for the even entry and set the lowest bit
for the odd entry.

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MIPS: KVM: Don't indirect KVM functions

Several KVM module functions are indirected so that they can be accessed
from tlb.c which is statically built into the kernel. This is no longer
necessary as the relevant bits of code have moved into mmu.c which is
part of the KVM module, so drop the indirections.

Note: is_error_pfn() is defined inline in kvm_host.h, so didn't actually
require the KVM module to be loaded for it to work anyway.

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MIPS: KVM: Move non-TLB handling code out of tlb.c

Various functions in tlb.c perform higher level MMU handling, but don't
strictly need to be statically built into the kernel as they don't
directly manipulate TLB entries. Move these functions out into a
separate mmu.c which will be built into the KVM kernel module. This
allows them to directly reference KVM functions in the KVM kernel module
in future.

Module exports of these functions have been removed, since they aren't
needed outside of KVM.

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MIPS: KVM: Make various Cause variables 32-bit

The CP0 Cause register is passed around in KVM quite a bit, often as an
unsigned long, even though it is always 32-bits long.

Resize it to u32 throughout MIPS KVM.

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MIPS: KVM: Convert code to kernel sized types

Convert the MIPS KVM C code to use standard kernel sized types (e.g.
u32) instead of inttypes.h style ones (e.g. uint32_t) or other types as
appropriate.

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MIPS: KVM: Convert headers to kernel sized types

Convert the MIPS kvm_host.h structs, function declaration prototypes and
associated definition prototypes to use standard kernel sized types
(e.g. u32) instead of inttypes.h style ones (e.g. uint32_t).

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MIPS: KVM: Drop unused kvm_mips_sync_icache()

The function kvm_mips_sync_icache() is unused, so lets remove it.

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MIPS: KVM: Drop unused host_cp0_entryhi

The host EntryHi in the KVM VCPU context is virtually unused. It gets
stored on exceptions, but only ever used in a kvm_debug() when a TLB
miss occurs.

Drop it entirely, removing that information from the kvm_debug output.

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MIPS: KVM: Drop unused guest_inst from kvm_vcpu_arch

The MIPS kvm_vcpu_arch::guest_inst isn't used, so drop it from the
struct and drop its asm-offsets definition.

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Merge branch 'kvm-mips-fixes' into HEAD

Merge MIPS patches destined to both 4.7 and kvm/next, to avoid
unnecessary conflicts.

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MIPS: KVM: Fix CACHE triggered exception emulation

When emulating TLB miss / invalid exceptions during CACHE instruction
emulation, be sure to set up the correct PC and host_cp0_badvaddr state
for the kvm_mips_emlulate_tlb*_ld() function to pick up for guest EPC
and BadVAddr.

PC needs to be rewound otherwise the guest EPC will end up pointing at
the next instruction after the faulting CACHE instruction.

host_cp0_badvaddr must be set because guest CACHE instructions trap with
a Coprocessor Unusable exception, which doesn't update the host BadVAddr
as a TLB exception would.

This doesn't tend to get hit when dynamic translation of emulated
instructions is enabled, since only the first execution of each CACHE
instruction actually goes through this code path, with subsequent
executions hitting the SYNCI instruction that it gets replaced with.

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MIPS: KVM: Don't unwind PC when emulating CACHE

When a CACHE instruction is emulated by kvm_mips_emulate_cache(), the PC
is first updated to point to the next instruction, and afterwards it
falls through the "dont_update_pc" label, which rewinds the PC back to
its original address.

This works when dynamic translation of emulated instructions is enabled,
since the CACHE instruction is replaced with a SYNCI which works without
trapping, however when dynamic translation is disabled the guest hangs
on CACHE instructions as they always trap and are never stepped over.

Roughly swap the meanings of the "done" and "dont_update_pc" to match
kvm_mips_emulate_CP0(), so that "done" will roll back the PC on failure,
and "dont_update_pc" won't change PC at all (for the sake of exceptions
that have already modified the PC).

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